NaCl胁迫对野生苜蓿种子萌发特性的影响

梁维维，张荟荟，贾纳提，朱昊，李莉

(新疆畜牧科学院草业研究所，新疆 乌鲁木齐 830000)

土壤盐碱化，是世界性的生态和资源问题[1]，目前受到盐渍化威胁的全球耕地面积约为9.5×108hm2[2]，新疆位于我国西部地区，受封闭内陆盆地和干旱气候的影响，光照较长且昼夜温差较大，也成为了我国盐渍化土地较为集中的分布区之一[3]，土壤盐碱化问题已经成为新疆农牧业开发和持续发展的重大限制条件和障碍因素[4]。土壤中盐浓度过高致使植物从土壤中吸收水分受到限制，造成植物生理干旱和营养亏缺，抑制植物生长[5-7]。苜蓿属植物是世界上种植面积较大的豆科牧草，是中等耐盐碱植物，在中度或轻度盐碱土壤中生长良好，苜蓿对盐渍化草地畜牧业的发展、盐碱土的改良和利用有着重要的作用[8]。

苜蓿耐盐性的研究国内外大多集中在紫花苜蓿上，而关于黄花苜蓿和杂花苜蓿的耐盐性研究鲜有报道。大量研究证明黄花苜蓿具有许多紫花苜蓿所不具备的优良性状，是苜蓿属牧草育种和品种改良的重要基因源[9]。秦峰梅[10]研究结果表明黄花苜蓿在发芽百分数和发芽指数上比紫花苜蓿表现出更好的优势，具有更高的耐盐潜力。杂花苜蓿是紫花苜蓿与黄花苜蓿杂交种，它既有紫花苜蓿产量高、草质优、再生快、长势好的优点，又有黄花苜蓿抗寒、抗旱、抗逆性好的特点[11]。近年来随着国家对野生牧草种质资源的重视，野生牧草种质资源收集数量急剧增加，在生态环境治理中表现出较强的适应性，被广泛应用于生态修复、环境保护方面。面对当前土壤盐碱化、新疆南疆地区饲草料紧缺等问题，新疆作为全国5大牧区之一，如何实现畜牧业更好地发展，挖掘适宜于当地气候条件的耐盐牧草品种是其中一项重要举措。

本研究对2份新疆野生苜蓿种质资源野生黄花苜蓿、野生杂花苜蓿进行种子萌发期和幼苗期耐盐能力的鉴定和评价，旨在了解2份野生苜蓿种质的耐盐状况，为今后新疆苜蓿种质资源的保护、生态修复利用和耐盐苜蓿品种选育提供理论依据。

1 材料和方法

1.1 试验材料

野生黄花苜蓿(MedicagoM.falcata)和野生杂花苜蓿(M.varia)种子来源于新疆畜牧科学院草业研究所新疆特色牧草种质资源创新实验室。野生黄花苜蓿2018年采自新疆玛纳斯县蝗虫鼠害预测预报防治中心试验基地，E 86°13′01.39″,N 43°90′51.58″，海拔1 343.11 m，草地类型为荒漠草原。野生杂花苜蓿2018年采自新源县铁勒喀拉牧业村宏尔东，海拔920 m，E 83°26′11.79″，N 43°26′35.12″，草地类型为低地草甸。

1.2 试验方法

试验于2018 年12月进行，从试验材料中分别挑选籽粒饱满的种子100粒，砂纸打磨后置于边长10 cm的发芽盒中，铺设2层滤纸作为发芽床。将5 mL浓度为0(CK)、50、100、150、200 mmol/L的NaCl溶液分别注入发芽盒中，PE封口膜密封，每处理重复3次。为了使 NaCl 溶液浓度在试验设计范围之内，每日称重补充蒸馏水并记录发芽数。将发芽盒放入相对湿度60%，恒温25 ℃的培养箱中，每24 h 统计种子发芽数，以可见胚根突破种皮2 mm为发芽标准。连续记录14 d后，计算发芽率、发芽势和发芽指数。萌发结束测量苗长、胚根长、干重和鲜重。

1.3 测定指标与方法

1.3.1 发芽指标测定 从培养的第1 d开始，每天观察并记录发芽种子的数量，至第14 d结束。萌发指标计算公式如下：

发芽率=(试验种子萌发个数/待测种子总数)×100%

发芽势=(14 d 内发芽种子数/待测种子数)×100%

发芽指数=∑(第t天种子萌发个数/相应的萌发天数t)

活力指数=发芽指数×幼苗生长势

式中：幼苗生长势用萌发后幼苗平均长度表示。

1.3.2 生长指标测定 于萌发期结束从每个处理中随机选出5株幼苗，用直尺测量胚根长、苗长，用电子分析天平测量幼苗鲜重和干重，幼苗干重先105 ℃烘2 h 杀青，后80 ℃烘至恒重。

1.3.3 抗旱性综合评价方法 采用隶属函数法对2种野生苜蓿耐盐性进行综合评价。

隶属函数值X(μ)=(X-Xmin)/(Xmax-Xmin)

式中：X为2种野生苜蓿某一指标的测定值，Xmin、Xmax为2种野生牧草某一指标均值的最小值和最大值。如果某一指标与抗性指标呈负相关，则可以通过反隶属函数计算其抗旱性隶属函数X(v)=1-(X-Xmin)/(Xmax-Xmin)，最后将每种野生牧草各个指标的隶属值累加求其平均值。根据平均隶属函数值大小排序，平均值越大则抗旱性越强[12-13]。

1.4 数据统计与分析

采用 Excel 2003 对数据进行整理并绘制柱状图，采用 SPSS 17.0 软件进行方差分析处理，通过隶属函数法对2种野生材料进行综合评比。

2 结果与分析

2.1 NaCl 胁迫下2种野生苜蓿种子的发芽率和发芽势的变化

随NaCl溶液浓度的不断升高，2种野生苜蓿种子发芽率基本呈现下降趋势(图1)，表明不同NaCl浓度对2种野生苜蓿种子发芽都产生了抑制作用。杂花苜蓿的发芽率在0～100 mmol/L NaCl浓度时无显著差异(P>0.05)，当NaCl浓度达到150 mmol/L时，发芽率显著下降(P<0.05)，降至15%以下。黄花苜蓿的发芽率在不同浓度NaCl胁迫下变化较为缓慢。NaCl浓度0～100 mmol/L杂花苜蓿发芽率都高于黄花苜蓿，但是在150～200 mmol/L浓度黄花苜蓿发芽率高于杂花苜蓿发芽率,表明在低浓度NaCl(0～100 mmol/L)条件下杂花苜蓿的发芽率高于黄花苜蓿，高浓度NaCl(15～200 mmol/L)条件下黄花苜蓿的发芽率比杂花苜蓿高。

图1 不同NaCl浓度下2种野生苜蓿种子的发芽率

发芽势与发芽率的变化规律相似，随着NaCl浓度的升高，发芽势呈现下降趋势(图2)。NaCl浓度在0～50 mmol/L时，杂花苜蓿和黄花苜蓿的发芽势无显著差异(P>0.05)，NaCl浓度为50和100 mmol/L时，杂花苜蓿和黄花苜蓿的发芽势均差异显著(P<0.05)，杂花苜蓿从58%下降到18%，黄花苜蓿从39.33%下降到21.33%。可以看出低浓度的NaCl胁迫对2种野生牧草种子的发芽势都产生了影响，但并不显著。当NaCl浓度达到100 mmol/L时，2种野生牧草种子发芽势都显著下降，且杂花苜蓿对NaCl胁迫更为敏感。另外0～50 mmol/L时黄花苜蓿的发芽势低于杂花苜蓿，在100～200 mmol/L时的发芽势高于杂花苜蓿，说明黄花苜蓿比杂花苜蓿更耐NaCl胁迫。

图2 不同NaCl浓度下2种野生苜蓿种子的发芽势

2.2 NaCl胁迫下2种野生苜蓿种子发芽指数及活力指数的变化

杂花苜蓿种子发芽指数在NaCl浓度0和50 mmol/L时差异不明显，当NaCl浓度达到100 mmol/L时发芽指数显著降低(P<0.05)，此时的发芽指数较对照下降50%。黄花苜蓿种子发芽指数在NaCl浓度0和50 mmol/L之间差异显著，当NaCl浓度达到100 mmol/L时发芽指数较对照降低50%(图3)。

图3 不同NaCl浓度下2种野生苜蓿种子的发芽指数

杂花苜蓿种子的活力指数变化趋势较为平缓，黄花苜蓿种子的活力指数在NaCL浓度为0～50 mmol/L时变化较大，之后趋于平缓。对照种子活力指数黄花苜蓿是杂花苜蓿的2倍，NaCl浓度为50～200 mmol/L时杂花苜蓿种子活力指数高于黄花苜蓿。黄花苜蓿种子活力指数在0 mmol/L时为3.53，50 mmol/L时为1.10，比对照降低了31.2%(图4)。说明黄花苜蓿种子活力对NaCl胁迫的敏感性比杂花苜蓿更强。

图4 不同NaCl浓度下2种野生苜蓿种子的活力指数

2.3 NaCl 胁迫对2种野生苜蓿幼苗的影响

野生黄花苜蓿和杂花苜蓿的苗长和胚根长都随着NaCl浓度的增加而减少(表1)。黄花苜蓿种子的苗长在0和50 mmol/L时差异显著(P<0.05)，50、100、150、200 mmol/L时的苗长比对照分别降低了50.5%，50.5%，60.6%，78.8%。杂花苜蓿苗长在0～200 mmol/L时变化均不显著，在50、100、150、200 mmol/L时分别比对照降低了4.92%，16.4%，24.6%，29.5%。黄花苜蓿胚根长在100～150 mmol/L时差异显著(P<0.05)，其他浓度间差异不显著。50、100、150、200 mmol/L时的胚根长比对照分别降低了7.2%，15.5%，67.3%，73.6%。杂花苜蓿的胚根长在各浓度之间都差异显著(P<0.05)，50、100、150、200 mmol/L处理的胚根长比对照分别降低了38.9%，49.5%，72.6%，81.1%。由此可以看出NaCl 胁迫对胚根长的抑制作用大于苗长，杂花苜蓿对盐浓度的敏感性较黄花苜蓿大。

表1 NaCl胁迫下2种野生牧草的幼苗长度

2.4 NaCl胁迫对2种野生苜蓿种子幼苗鲜重和干重的影响

2种野生苜蓿种子幼苗鲜重、干重随着NaCl 浓度的增加出现下降的趋势(表2)。黄花苜蓿幼苗鲜重、干重表现为先升高后降低趋势，分别在50、100 mmol/L时达到最大值(0.147、0.008 3 g)，较对照分别增加了24.6%、23.9%。杂花苜蓿幼苗鲜重、干重随着NaCl浓度的升高而降低，50、100、150、200 mmol/L浓度下鲜重较对照分别降低了2.91%、15.53%、32.04%、52.43%，干重较对照分别降低了4.76%、20.63%、25.40%、31.75%。

表2 NaCl胁迫下2种野生牧草幼苗的鲜重和干重

2.5 2种野生苜蓿种子萌发过程中的耐盐性评价

利用隶属函数对2种野生苜蓿种子的发芽率、发芽势、发芽指数、活力指数、苗长、胚根长、鲜重、干重进行综合评价(表3)，黄花苜蓿的耐盐性较杂花苜蓿强(表3)。

表3 野生牧草各测定指标隶属函数综合评价

3 讨论

种子萌发是植物生活史的关键环节，种子萌发对荒漠地区植物的种群更新及植被恢复都具有重要意义[14]。发芽势和发芽率是检测种子生活力的重要指标，通过种子发芽速度、整齐度、发芽数量和幼苗健壮的潜势反映出种子活力和抵御逆境胁迫的能力。不同植物在种子萌发时期的耐盐性变化趋势不同，研究发现当NaCl浓度超过50 mmol/L和0.6%时，会分别显著抑制羊草种子[15]和垂穗披碱草种子的发芽率[16]。但也有研究表明，低浓度盐胁迫对波伐早熟禾种子[17]、紫花苜蓿种子[18]、结缕草种子[19]的萌发有促进作用，同时随着盐浓度的增加会抑制种子的萌发。本试验结果显示，在NaCl胁迫下2种野生苜蓿种子发芽率、发芽势都呈现下降趋势，表明不同NaCl浓度对2种野生苜蓿种子发芽率都产生了抑制作用，但是在不同的胁迫浓度区间2种野生苜蓿的发芽率、发芽势不同，杂花苜蓿的发芽率在NaCl浓度为0～100 mmol/L、发芽势在0～50 mmol/L时都高于黄花苜蓿，黄花苜蓿的发芽率在NaCl浓度为150～200 mmol/L、发芽势为100～200 mmol/L时比杂花苜蓿高，表明轻度NaCl胁迫明显延长2种野生苜蓿种子萌发时间，且2种野生苜蓿种子萌发对NaCl胁迫的耐受能力不同，黄花苜蓿的耐受力大于杂花苜蓿。

发芽指数、活力指数是衡量种子活力的重要指标，数值越高说明种子的活力越高，萌发所需要的时间越短，幼苗越健壮，可以预示在自然状态下种子能够更快萌发出苗并建植生长[20]。本研究结果表明随着NaCl浓度的增加2种野生苜蓿种子的发芽指数和活力指数都降低，当NaCl浓度达到100 mmol/L时黄花苜蓿和杂花苜蓿的发芽指数都较对照降低了50%，这与李源[21]、张秀玲[22]的研究结果基本一致。黄花苜蓿种子的活力指数在0～50 mmol/L之间变化较大，活力指数从3.53降至1.10，降低了31.2%，之后变化趋于平缓，杂花苜蓿种子活力指数变化一直较为平缓，这王晓航[23]研究结果相一致。

盐分胁迫不仅对植物种子的萌发产生影响，而且也会抑制幼苗的生长。植物从种子转化到幼苗的过程中所需的物质及能量是由种子中贮藏的有机物提供，在种子萌发过程中幼苗长度、鲜重、干重等指标能体现出植物种苗转化状况[19]。李海燕等[24]研究表明盐分对胚根生长的影响大于胚芽，王景瑞等[20]通过对4种一年生草本植物种子进行盐胁迫萌发试验表明，胚芽长、胚根长均随盐分胁迫的加剧呈递减趋势。本研究结果表明随着NaCl浓度的升高，2种野生苜蓿种子苗长、胚根长不断减小，且对胚根长的抑制作用大于苗长，同一浓度对比发现，杂花苜蓿对盐浓度的敏感性较黄花苜蓿大。2种野生苜蓿种子幼苗鲜重、干重随着NaCl 浓度的增加总体表现为下降的趋势，黄花苜蓿幼苗鲜重、干重表现为先升高后降低趋势，杂花苜蓿幼苗鲜重、干重则表现为降低趋势，这与何建军、杨志的研究结果相一致。

4 结论

1)高浓度NaCl胁迫对野生黄花苜蓿发芽率影响大，但是高浓度下黄花苜蓿的发芽率高于杂花苜蓿。

2)野生黄花苜蓿在低浓度(0～50 mmol/L)时发芽势低于野生杂花苜蓿，在高浓度(100～200 mmol/L)时发芽势高于野生杂花苜蓿，说明野生黄花苜蓿比杂花苜蓿更耐盐。

3)NaCl胁迫下野生黄花苜蓿种子发芽指数、活力指数与对照相比均显著降低。

4)2种野生苜蓿种子在NaCl 胁迫下胚芽长和胚根长表现出不同的下降规律，NaCl 胁迫对野生黄花苜蓿胚芽长度影响较野生杂花苜蓿大，下降幅度也较大。在NaCl 胁迫下野生杂花苜蓿的胚根长下降幅度较野生黄花苜蓿大。利用隶属函数对2种野生苜蓿萌发期各指标进行综合评价得出：野生黄花苜蓿的耐盐性较野生杂花苜蓿强，可用于盐渍化土壤的建植。